强震作用下填充墙RC框架平面内外损伤耦合效应及破坏机制

Masonry-infilled reinforced concrete (RC) frames are widely used in China and abroad. There are significant interactive effects between in-plane and out-of-plane behavior of masonry-infilled RC frame under seismic excitations, as the in-plane load-carrying capacity of infilled RC frame would be obviously reduced as a result of the out-of-plane damage, while prior in-plane damage might cause out-of-plane instability. Most existing researches focus on the in-plane behavior of the infilled RC frame under strong ground motion. Unfortunately, the researches on the interactive effects between in-plane and out-of-plane behavior and the damage mechanism of the infilled RC frame are rare, which are even missing in China. This project will develop a three-dimension finite element model of the infilled RC frame based on the extended finite element method and carry out pseudo-static tests of the infilled RC frame under bi-directional loads. This project also aims to study the interactive effect between in-plane and out-of-plane damage of the infilled RC frame so as to develop a simplified, reasonable and effective model. The failure mechanism and typical seismic damage of the infilled RC frame under bi-directional earthquakes will be revealed. Finally, suggestions for seismic design are proposed. This project has theoretical significances and applicable values in structure safety and disaster prevention.

填充墙RC框架结构在我国及世界范围内广泛存在，强地震作用下填充墙RC框架平面内外损伤破坏存在较强的耦合效应，填充墙平面外损伤将显著降低平面内的承载能力，填充墙平面内的损伤更会加剧平面外的失稳。未合理的考虑填充墙RC框架平面内外损伤耦合效应将导致不安全的抗震设防。目前的研究大都局限于地震作用下填充墙RC框架结构平面内的损伤破坏及抗震性能，关于填充墙RC框架结构平面内外损伤耦合效应及破坏机理的研究则非常有限，我国在此方面的研究更是基本处于空白。本项目将基于扩展有限元分析方法建立填充墙RC框架结构三维有限元模型，进行平面内外荷载作用下填充墙RC框架的拟静力试验，研究强震作用下填充墙RC框架平面内外损伤破坏的耦合效应，发展一种简单、合理、有效的简化模型，揭示填充墙RC框架结构在平面内外地震作用下的破坏机制及典型震害现象，并提出相应的设计建议。项目对于保障结构的地震安全、减轻地震灾害具有重要意义。

本项目对强地震作用下填充墙RC框架平面内外损伤耦合效应及破坏机制的关键问题进行了深入系统的研究，取得了一系列有创新意义和应用前景的研究成果：1）揭示了平面内外相互作用对填充墙RC框架结构抗震性能的影响，提出了柔性连接填充墙构造措施的改进方案，并通过柔性连接填充墙RC框架的双向拟静力试验加以验证；2）建立了填充墙RC框架三维精细化有限元模型，研究了几何参数、材料性质、开洞大小及位置、填充墙与框架的连接方式等对填充墙平面内外损伤耦合效应的影响，提出了填充墙平面外强度折减系数，建立了考虑平面内外耦合效应的填充墙损伤状态准则；3）研究了平面内外地震作用下填充墙与RC框架的破坏机理，提出了考虑平面内外相互作用的填充墙简化模型，评估了在平面内外地震作用下整体结构的抗震性能；4）研究了平面内外地震作用下填充墙对RC框架结构整体破坏机制的影响，揭示了汶川、玉树等地震中填充墙RC框架结构的典型震害现象，分析了填充墙竖向不均匀分布对整体结构抗震性能的影响，提出了对填充墙RC框架的设计建议。通过项目研究，发表期刊论文14篇，其中SCI论文11篇，EI论文1篇；授权发明专利2项；培养博士生2人，硕士生6人；培养项目组成员获得国家“优秀青年基金”资助。成果为《建筑抗震设计规范》的修订提供了重要的技术支撑，获得了重要的社会效益、有力促进了学科建设和发展，在填充墙RC框架结构抗震设计理论领域形成了新的研究方向。